Номер 2, страница 14 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Тепловые явления. ТЗ-6. Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах - номер 2, страница 14.

Условие.

2. Два одинаковых железных шарика упали с одной и той же высоты. Первый упал в вязкий грунт, а второй, ударившись о камень, отскочил и был пойман рукой на некоторой высоте. Какие превращения энергии происходят в каждом случае? Какой из шариков больше нагрелся и почему?

Решение.

Какие превращения энергии происходят в каждом случае?

Случай 1: Первый шарик упал в вязкий грунт.
В начальный момент на высоте $\text{h}$ шарик обладает потенциальной энергией $E_п = mgh$. Во время падения его потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию $E_к = \frac{mv^2}{2}$. В момент удара о вязкий грунт происходит полностью неупругое столкновение. Вся кинетическая энергия шарика расходуется на совершение работы по деформации грунта и превращается во внутреннюю энергию (тепло) шарика и грунта.
Цепочка превращений: Потенциальная энергия $\rightarrow$ Кинетическая энергия $\rightarrow$ Внутренняя энергия.

Случай 2: Второй шарик ударился о камень, отскочил и был пойман.
Начальный этап падения аналогичен первому случаю: Потенциальная энергия $\rightarrow$ Кинетическая энергия. При ударе о камень происходит частично упругое столкновение. Часть кинетической энергии преобразуется во внутреннюю энергию шарика и камня, а также в энергию звука. Оставшаяся часть кинетической энергии позволяет шарику отскочить. При подъеме после отскока кинетическая энергия снова преобразуется в потенциальную. В момент, когда шарик ловят, он обладает и потенциальной, и кинетической энергией, которые поглощаются рукой.
Цепочка превращений: Потенциальная энергия $\rightarrow$ Кинетическая энергия $\rightarrow$ Внутренняя энергия + Кинетическая энергия (оставшаяся после удара) $\rightarrow$ Потенциальная энергия.

Ответ: В первом случае происходит превращение: потенциальная энергия $\rightarrow$ кинетическая энергия $\rightarrow$ внутренняя энергия. Во втором случае: потенциальная энергия $\rightarrow$ кинетическая энергия $\rightarrow$ часть энергии переходит во внутреннюю, а часть обратно в кинетическую (при отскоке) и затем в потенциальную.

Какой из шариков больше нагрелся и почему?

Изначально оба шарика, находясь на одной и той же высоте $\text{h}$, обладали одинаковой начальной механической энергией, равной их потенциальной энергии $E = mgh$.

Первый шарик, упав в вязкий грунт, полностью остановился. Это означает, что вся его начальная механическая энергия $\text{E}$ перешла во внутреннюю энергию (теплоту) системы «шарик-грунт». Количество теплоты, выделившееся при этом, равно $Q_1 = E = mgh$.

Второй шарик после удара о камень отскочил на некоторую высоту $h_1$ и был пойман. Это значит, что часть его начальной механической энергии сохранилась в виде потенциальной энергии $E_1 = mgh_1$. Во внутреннюю энергию при ударе превратилась только разница между начальной и конечной механической энергией: $Q_2 = E - E_1 = mgh - mgh_1$.

Поскольку шарик отскочил, то высота $h_1 > 0$, а значит, и $E_1 > 0$. Отсюда следует, что количество выделившейся теплоты во втором случае $Q_2$ меньше, чем в первом $Q_1$.

Следовательно, первый шарик нагрелся больше, так как в его случае в теплоту превратилась вся начальная механическая энергия, а у второго шарика — только часть.

Ответ: Больше нагрелся первый шарик, который упал в вязкий грунт, потому что вся его начальная механическая энергия превратилась во внутреннюю энергию, в то время как у второго шарика только часть механической энергии перешла во внутреннюю, а остальная часть сохранилась в виде механической энергии при отскоке.